Científicos descubren revolucionario superconductor con interruptores de encendido y apagado.

Un grupo de físicos ha identificado una nueva sustancia superconductora con una capacidad de respuesta excepcional a los estímulos exteriores, un desarrollo que tiene el potencial de lograr avances significativos en la informática energéticamente eficiente y la tecnología cuántica. El equipo logró esto utilizando técnicas de investigación avanzadas, lo que permitió una influencia incomparable sobre los atributos superconductores, transformando posiblemente las aplicaciones industriales a gran escala.

El equipo aprovechó la Fuente Avanzada de Fotones para confirmar las características únicas de este material, sentando potencialmente las bases para una computación a gran escala más eficiente.

Las crecientes necesidades informáticas de la industria impulsan un aumento en las dimensiones y los requisitos energéticos del hardware necesario para satisfacer estas demandas. Las sustancias superconductoras podrían ser una posible solución para aliviar significativamente estos requisitos energéticos. Por ejemplo, enfriar un gran centro de datos repleto de servidores en funcionamiento constante hasta casi el cero absoluto podría permitir la computación a gran escala con una eficiencia energética increíble.

Físicos de la Universidad de Washington y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han hecho un descubrimiento que podría facilitar este futuro cada vez más eficiente. Identificaron un material superconductor con una sensibilidad única a los estímulos externos que permite aumentar o impedir las propiedades superconductoras a voluntad. Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para circuitos superconductores conmutables y energéticamente eficientes. Los resultados de la investigación se publicaron en Science Advances.

La superconductividad es un estado de mecánica cuántica en el que una corriente eléctrica puede pasar a través de un material con resistencia cero, lo que da como resultado una eficiencia de transporte electrónico perfecta. Los superconductores se utilizan en potentes electroimanes para tecnologías avanzadas como imágenes por resonancia magnética, aceleradores de partículas, reactores de fusión y trenes levitantes, así como en computación cuántica.

La electrónica actual emplea transistores semiconductores para activar y desactivar rápidamente corrientes eléctricas, formando los unos y ceros binarios utilizados en el procesamiento de información. Debido a la corriente que fluye a través de materiales con resistencia eléctrica finita, parte de la energía se disipa en forma de calor, lo que hace que su computadora se caliente con el tiempo. Las bajas temperaturas requeridas para la superconductividad, típicamente más de 200 grados Fahrenheit bajo cero, hacen que estos materiales sean inviables para dispositivos portátiles. Sin embargo, podrían resultar útiles a escala industrial.

Bajo la dirección de Shua Sánchez de la Universidad de Washington, el grupo de investigación estudió un material superconductor inusual con una extraordinaria capacidad de sintonización. Este cristal está compuesto por una lámina plana de átomos ferromagnéticos de europio encerrados entre capas superconductoras de átomos de hierro, cobalto y arsénico. La presencia tanto de ferromagnetismo como de superconductividad en la naturaleza es notablemente poco común, señaló Sánchez, debido a que una fase suele dominar a la otra.

"Las capas superconductoras se encuentran en una situación un tanto incómoda, ya que están infiltradas por los campos magnéticos de los átomos de europio circundantes", afirmó Sánchez. "Esto perjudica la superconductividad, lo que conduce a una resistencia eléctrica finita".

Sánchez pasó un año en una de las principales fuentes de luz de rayos X del país, Advanced Photon Source (APS), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne. Durante su residencia, con el apoyo del Programa de Investigación para Estudiantes Graduados en Ciencias del DOE, Sánchez colaboró con físicos de líneas de luz de APS para desarrollar una plataforma de caracterización en profundidad capaz de sondear los detalles microscópicos de materiales complejos.

Sánchez y su equipo utilizaron una serie de técnicas de rayos X para establecer que ejercer un campo magnético en el cristal puede alinear las líneas del campo magnético de europio con las capas superconductoras, eliminando sus efectos nocivos y creando un estado de resistencia cero. Mediante mediciones eléctricas y métodos de dispersión de rayos X, los científicos comprobaron que podían controlar el comportamiento del material.

Según Philip Ryan de Argonne, coautor del artículo, "la naturaleza fascinante de los parámetros independientes que controlan la superconductividad permite un método integral para gestionar este efecto". Y continúa: "Este potencial sugiere varias posibilidades interesantes, incluida la capacidad de regular la sensibilidad de campo para dispositivos cuánticos".

El grupo procedió a aplicar diferentes niveles de tensión al cristal y descubrió que la superconductividad podía mejorarse lo suficiente como para triunfar sobre el magnetismo sin necesidad de reorientar el campo o debilitarse lo suficiente como para que la reorientación magnética ya no diera como resultado el estado de resistencia cero. . Este parámetro adicional permite regular y personalizar la sensibilidad del material al magnetismo.